位阶线性FIR滤波器EDA课程设计.docx

课程设计EDA技术与VHDL课程设计报告班级:电信10-2班姓名:杨建臻学号:1006110223指导教师:刘维成绩:电子与信息工程学院信息与通信工程系目录1引言 42实验仿真 : : 22参考文献 22摘要在现代电子系统中,FIR滤波器以良好的线性特征被广泛使用,属于数字信号处理的基本模块之一。在工程实践中,往往要求对信号处理要有实时性和灵活性,而已有的一些软件和硬件实现方式则难以同时达到这两方面的要求。所以FPGA器件实现的FIR滤波器就越来越受到大家的广泛认同。本课题在研究了大量国内外技术文献的基础上。首先,认真分析了FIR滤波器的基本结构和设计原理;其次,将硬件描述语言的特点作了归纳,对硬件描述语言的基本结构进行了阐述,并说明了应用VHDL的EDA设计流程。以4阶为例,同时采用乘法器结构和分布式算法实现,并对其性能进行比较;最后,采用自底向上的原则对16阶FIR滤波器各模块进行设计、仿真验证和综合,结果表明:该数字滤波器的工作频率达到预期要求。具体实现中,采用硬件语言VHDL,。关键字:FIR数字滤波器;FPGA;,同时又可以具有任意的幅度特性。此外,FIR滤波器的单位冲击响应是有限长的,因为滤波器具有一定的稳定性。再有,只要经过一定的延时,任何非因果有限长序列都能变成有限长序列,因而总能用因果系统来实现。最后,FIR滤波器由于单位冲击响应是有现场的,所以可以用快速傅里叶变换算法来实现过滤信号,从而可以大大提高运算效率。本论文是通过QuartusII软件仿真实现一个8位16阶线性FIR滤波器的设计的。(1)本次课程设计对FIR滤波器设计原理作了简要分析。(2)利用QuartusII软件来仿真FIR滤波器。(1)8位16阶线性FIR滤波器(2)采样频率,(简称FIR)系统的单位脉冲响应为有限长序列,系统函数在有限z平面上不存在极点,其运算结构中不存在反馈支路,即没有环路。如果的长度为N,则它的系统函数和差分方程一般具有如下形式:根据差分方程直接画出FIR滤波器的结构,称为直接型结构。如图2-1-1所示:图2-1FIR滤波器直接结构FIR滤波器的特点:单位脉冲响应序列为有限个;可快速实现;可得到线性相位;滤波器阶数较高。对线性时不变系统保持线性相位的条件是:单位脉冲响应为偶对称或奇对称。即:为设计线性滤波器,应保证h(n)为对称的。若N为偶数,其线性相位FIR滤波器的对称结构流图如图2-1-2所示:图2-2若N为偶数线性相位FIR滤波器的对称结构流图图中:“+1”对应偶对称情况,“-1”对应奇对称情况。当n为奇数时,支路断开。若N为奇数,其线性相位FIR滤波器的对称结构流图如下图2-1-3:图2-3N为奇数线性相位FIR滤波器的对称结构流图其中y(n)和x(n)分别是输出和输入序列。有限冲激响应滤波器的一种直接型实现,可由式(2)生成,M=5机器转置如图2-1-4所示,图2-1-5是第二个直接型结构。通常一个长度为M的有限冲激响应滤波器由M个系数描述,并且需要M个乘法器和(M-1)个双输入加法器来实现。图2-4直接型一图2-5直接型二长度为M的线性相位有限冲激响应滤波器由对称的冲激响应或反对称的冲激响应描述。利用线性相位有限冲激响应滤波器的对称(或反对称)性质,可以将传输函数的直接型实现所需的乘法器总量减少一半。例如,如图2-1-6显示了一个具有对称冲击响应的、长度为7的有限冲激响应传输函数的实现。图2-:通常采用窗函数设计FIR滤波器方法简单,但是这些滤波器的设计还不是最优的。首先通带和阻带的波动基本上相等,另外对于大部分窗函数来说,通带内或阻带内的波动不是均匀的,通常离开过渡带时会减小。若允许波动在整个通带内均匀分布,就会产生较小的峰值波动。因此考虑通过某种方法,对滤波器的结构进行优化。对于线性相位因果FIR滤波器,它的系列具有中心对称特性,即。令,对于偶对称,代入下面的公式可得: 根据要求,要设计一个输入8位,输出8位的16阶线性相位FIR滤波器,此滤波器Fs为44kHz,Fc为